TWI645085B - 耐磨纖維、耐磨與耐衝擊纖維及其母粒 - Google Patents

Abstract

提供一種耐磨纖維的母粒及使用其所製成的耐磨纖維。所述母粒包括約90至99.5重量份的聚酯、約0.4至9.9重量份的固態耐磨改質劑以及約0.1至1.5重量份的偶聯劑。所述固態耐磨改質包括聚二甲基矽氧烷或其衍生物。另提供一種耐磨與耐衝擊纖維的母粒以及使用其所製成的耐磨與耐衝擊纖維。

Description

耐磨纖維、耐磨與耐衝擊纖維及其母粒

本發明是有關於一種紡織材料，且特別是有關於一種耐磨纖維的母粒及使用其所製成的耐磨纖維，以及一種耐磨與耐衝擊纖維的母粒及使用其製成的耐磨與耐衝擊纖維。

在全球化的趨勢下，紡織產業正面臨強大的競爭壓力，紡織業者必須不斷地研發新的技術與多元化的產品，才能面對全世界的競爭。現代社會越來越多人挑戰登山、攀岩、滑雪等運動，為了提升於戶外活動用品及袋包箱面料的耐用功能，其耐用性也越來越講究。因此，耐磨織物或耐磨與耐衝擊織物的研發已經成為業者亟待研究的課題之一。

有鑒於此，本發明提供一種耐磨纖維的母粒及使用其所製成的耐磨纖維，其在常溫及低溫下具有高耐磨特性。

本發明另提供一種耐磨與耐衝擊纖維的母粒及使用其所製成的耐磨與耐衝擊纖維，其在常溫及低溫下具有高韌性以及高耐磨特性。

本發明提供一種耐磨纖維的母粒，其包括約90至99.5重量份的聚酯、約0.4至9.9重量份的固態耐磨改質劑以及約0.1至1.5重量份的偶聯劑。所述固態耐磨改質劑包括聚二甲基矽氧烷（polydimethyl siloxane，PDMS）或其衍生物。

在本發明的一實施例中，上述偶聯劑包括鈦酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑或其組合。

在本發明的一實施例中，上述固態耐磨改質劑的重量平均分子量介於約50萬至約200萬的範圍內。

在本發明的一實施例中，上述聚酯包括聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚對苯二甲酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）、聚對苯二甲酸丙二酯（polyethylene terephthalate，PTT）、聚對苯二甲酸1,4-環己烷二甲酯（poly-cyclohexylene dimethylene terephthalate，PCT）或其組合。

一種耐磨纖維，其使用上述耐磨纖維的母粒所製成。

在本發明的一實施例中，上述耐磨纖維的每根纖維細度（Denier per Filament，D.P.F.）為約1.05或低於1.05。

本發明另提供一種耐磨與耐衝擊纖維的母粒，其包括約78至約94.5重量份的基材、約0.4至約9.9重量份的固態耐磨改質劑、約5至約20重量份的固態耐衝擊改質劑以及約0.1至約1.5重量份的偶聯劑。所述固態耐磨改質劑包括聚二甲基矽氧烷（PDMS）或其衍生物。所述固態耐衝擊改質劑包括馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體（maleic anhydride grafted polyolefin elastomer，MAH-POE）或其衍生物。

在本發明的一實施例中，上述偶聯劑包括鈦酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑或其組合。

在本發明的一實施例中，上述固態耐磨改質劑的重量平均分子量介於約50萬至約200萬的範圍內。

在本發明的一實施例中，上述固態耐衝擊改質劑的重量平均分子量介於約1萬至約20萬的範圍內。

在本發明的一實施例中，上述基材包括聚酯或耐隆。

在本發明的一實施例中，上述聚酯包括聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚對苯二甲酸丙二酯（PTT）、聚對苯二甲酸1,4-環己烷二甲酯（PCT）或其組合。

在本發明的一實施例中，上述耐隆包括耐隆6、耐隆11、耐隆12、耐隆4,6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆6,14、耐隆10,10或其組合。

一種耐磨與耐衝擊纖維，其使用上述耐磨與耐衝擊纖維的母粒所製成。

在本發明的一實施例中，上述耐磨與耐衝擊纖維的每根纖維細度（D.P.F.）為約1.05或低於1.05。

基於上述，本發明採用高效能混練加工以及偶聯劑修飾技術，來將固態耐磨改質劑及/或固態耐衝擊改質劑有效分散於基材中，並製備成紡絲級的自潤型改質母粒進行應用。本發明的耐磨纖維或耐磨與耐衝擊纖維可作為產業用纖維，其較習知的纖維更細更強韌、可染性更佳、防污性更好且應用層面更廣。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明提出一種耐磨纖維的母粒，其利用固態耐磨改質劑來修飾聚酯主體，並配合添加適當的相容劑使其相容，以製備出改質聚酯母粒。利用此改質聚酯母粒，可製造出具有高強力耐磨特性的纖維。

圖1是依照本發明的一實施例所繪示的一種耐磨纖維的母粒的立體示意圖。

請參照圖1，本發明之耐磨纖維的母粒10包括約90至約99.5重量份的聚酯100、約0.4至約9.9重量份的固態耐磨改質劑102以及約0.1至約1.5重量份的偶聯劑104。須注意的是，為求清楚說明，將上述的各成分比例誇飾後繪示為圖1，亦即，圖1所繪示的比例不適於限制本發明的範圍。

上述聚酯100包括聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚對苯二甲酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）、聚對苯二甲酸丙二酯（polyethylene terephthalate，PTT）、聚對苯二甲酸1,4-環己烷二甲酯（poly-cyclohexylene dimethylene terephthalate，PCT）或其組合。所述聚酯可為單一成分或多種成分之混合物。

上述固態耐磨改質劑102為聚矽氧烷（polysiloxane）型改質劑。在一實施例中，固態耐磨改質劑包括聚二甲基矽氧烷（polydimethyl siloxane，PDMS）或其衍生物。固態耐磨改質劑102的重量平均分子量大於等於約50萬。在一實施例中，固態耐磨改質劑102的重量平均分子量介於約50萬至200萬的範圍內。更具體地說，固態耐磨改質劑102的重量平均分子量可為約50萬、約60萬、約70萬、約80萬、約90萬、約100萬、約110萬、約120萬、約130萬、約140萬、約150萬、約160萬、約170萬、180萬、約190萬或約200萬，或上述任意兩數值中的任意數值。

上述偶聯劑104可使聚酯100與固態耐磨改質劑102彼此相容，進而使得後續製作的耐磨纖維可進一步地被細化。在一實施例中，偶聯劑104與聚酯100和固態耐磨改質劑102中的每一者均產生化學鍵結。在一實施例中，偶聯劑包括鈦酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑或其組合，其中所述矽烷偶聯劑包括環氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基矽烷、丙烯醯氧基矽烷、氨基矽烷、異氰酸基矽烷或其組合。

在一實施例中，先以偶聯劑對固態耐磨改質劑進行處理，以形成經處理的固態耐磨改質劑。接著，將經處理的固態耐磨改質劑以及聚酯主體加入至押出機中進行混練製程，以形成耐磨纖維的母粒。上述押出機可為單軸押出機或雙軸押出機。

在一實施例中，上述混練溫度為245℃至310℃（例如265℃至290℃）的範圍內。在一實施例中，上述混練溫度由入料端至出料端的溫度變化為分段升溫。例如，加工溫度可分為九個加熱段，分別是約265℃（入料端溫度）、270℃、275℃、280℃、285℃、285℃、290℃、285℃以及290℃（出料端溫度）。然而，本發明並不以此為限。在另一實施例中，上述混練溫度由入料端至出料端的溫度變化也可為階段升溫、連續升溫或任何合適的溫度控制變化。此外，上述押出機長徑比（L/D）為約30~50（例如約40），且螺桿轉速為約100~400 rpm（例如約250 rpm）。

在此實施例中，以100重量份的母粒計，經處理的固態耐磨改質劑的含量（亦即，偶聯劑與固態耐磨改質劑之總含量）在約0.5至約5重量份的範圍內，因此可兼顧成本與耐磨品質。具體地說，若經處理的固態耐磨改質劑的含量太高，會使得成本增加，且可染性下降。若經處理的固態耐磨改質劑的含量太低，則製得纖維的耐磨力不足。以100重量份的母粒計，本發明的經處理的固態耐磨改質劑的含量可例如為約0.5、約1.0、 約1.5、約2.0、約2.5、約3.0、 約3.5、約4.0、約4.5或約5重量份，或上述任意兩數值中的任意數值。

除了上述耐磨纖維的母粒外，本發明又提出一種耐磨與耐衝擊纖維的母粒，其利用固態耐磨改質劑與固態耐衝擊改質劑兩者來修飾基材主體，並配合添加適當的相容劑使其相容，以製備出改質基材母粒。利用此改質基材母粒，可製造出具有高強力耐磨與耐衝擊特性的纖維。

圖2是依照本發明的一實施例所繪示的一種耐磨與耐衝擊纖維的母粒的立體示意圖。

請參照圖2，本發明之耐磨與耐衝擊纖維的母粒20包括約78至約94.5重量份的基材200、約0.4至約9.9重量份的固態耐磨改質劑202、約5至約20重量份的固態耐衝擊改質劑204以及約0.1至約1.5重量份的偶聯劑208。須注意的是，為求清楚說明，將上述的各成分比例誇飾後繪示為圖2，亦即，圖2所繪示的比例不適於限制本發明的範圍。

上述基材200包括聚酯或耐隆。在一實施例中，基材200包括聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚對苯二甲酸丙二酯（PTT）、聚對苯二甲酸1,4-環己烷二甲酯（PCT）或其組合。所述聚酯可為單一成分或多種成分之混合物。在另一實施例中，基材200包括耐隆6、耐隆11、耐隆12、耐隆4,6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆6,14、耐隆10,10或其組合。所述耐隆可為單一成分或多種成分之混合物。

上述固態耐磨改質劑202為聚矽氧烷型改質劑。在一實施例中，固態耐磨改質劑202包括聚二甲基矽氧烷（PDMS）或其衍生物。固態耐磨改質劑202的重量平均分子量大於等於約50萬。在一實施例中，固態耐磨改質劑202的重量平均分子量介於約50萬至約200萬的範圍內。更具體地說，固態耐磨改質劑202的重量平均分子量可為約50萬、約60萬、約70萬、約80萬、約90萬、約100萬、約110萬、約120萬、約130萬、約140萬、約150萬、約160萬、約170萬、約180萬、約190萬或約200萬，或上述任意兩數值中的任意數值。

上述固態耐衝擊改質劑204為聚烯烴型改質劑。在一實施例中，固態耐衝擊改質劑204包括馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體（maleic anhydride grafted polyolefin elastomer，MAH-POE）或其衍生物。固態耐衝擊改質劑204的重量平均分子量大於等於約1萬。在一實施例中，固態耐衝擊改質劑204的重量平均分子量介於約1萬至約20萬的範圍內。更具體地說，固態耐衝擊改質劑204的重量平均分子量可為約1萬、約2萬、約3萬、約4萬、約5萬、約6萬、約7萬、約8萬、約9萬、約10萬、約11萬、約12萬、約13萬、約14萬、約15萬、約16萬、約17萬、約18萬、約19萬或約20萬，或上述任意兩數值中的任意數值。

偶聯劑208可使基材200與固態耐磨改質劑202、固態耐衝擊改質劑204之間彼此相容，進而使得後續製作的耐磨與耐衝擊纖維可進一步地被細化。在一實施例中，偶聯劑208與基材200、固態耐磨改質劑202和固態耐衝擊改質劑204中的每一者均產生化學鍵結。在一實施例中，所述偶聯劑208包括鈦酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑或其組合，其中所述矽烷偶聯劑包括環氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基矽烷、丙烯醯氧基矽烷、氨基矽烷、異氰酸基矽烷或其組合。

在一實施例中，先以偶聯劑對固態耐磨改質劑進行處理，以形成經處理的固態耐磨改質劑。接著，將經處理的固態耐磨改質劑、固態耐衝擊改質劑以及基材主體加入至押出機中進行混練製程，以形成耐磨與耐衝擊纖維的母粒。上述押出機可為單軸押出機或雙軸押出機。

在一實施例中，上述混練溫度為245℃至310℃（例如265℃至290℃）的範圍內。在一實施例中，上述混練溫度由入料端至出料端的溫度變化為分段升溫。例如，加工溫度可分為九個加熱段，分別是約265℃（入料端溫度）、270℃、275℃、280℃、285℃、285℃、290℃、285℃以及290℃（出料端溫度）。然而，本發明並不以此為限。在另一實施例中，上述混練溫度由入料端至出料端的溫度變化也可為階段升溫、連續升溫或任何合適的溫度控制變化。此外，上述押出機長徑比（L/D）為約30~50（例如約40），且螺桿轉速為約100~400 rpm（例如約250 rpm）。

在此實施例中，以100重量份的母粒計，經處理的固態耐磨改質劑的含量（亦即，偶聯劑與固態耐磨改質劑之總含量）在約1.5至約2.5重量份的範圍內，且固態耐衝擊改質劑的含量在約5至約20重量份的範圍內，因此可兼顧成本與耐磨與耐衝擊品質。具體地說，若經處理的固態耐磨改質劑、固態耐衝擊改質劑的含量太高，會使得成本增加，且可染性下降。若經處理的固態耐磨改質劑、固態耐衝擊改質劑的含量太低，則製得纖維的耐磨與耐衝擊力不足。以100重量份的母粒計，經處理的固態耐磨改質劑的含量可例如是約1.5、約2.0或約2.5重量份，或上述任意兩數值中的任意數值，且固態耐衝擊改質劑的含量可例如為約5、約10、約15或約20重量份，或上述任意兩數值中的任意數值。

特別要注意的是，本發明是使用固態改質劑（而非習知的液態改質劑）來改質基材主體，故可避免後續加工步驟中可染性不均勻的問題。更具體地說，習知的母粒中，低分子量的液態改質劑會移動（migration）到母粒的表面，使母粒的染色均勻度下降。然而，本發明的耐磨改質劑及耐磨與耐衝擊改質劑均為高分子量的固體改質劑，其藉由偶聯劑均勻分散於母粒中，故不會發生因液態改質劑的移動而導致的染色均勻度不佳的問題。

本發明又提出一種使用上述母粒所製成的纖維。在一實施例中，本發明的耐磨纖維為單組份纖維300，如圖3所示。在一實施例中。單組份纖維200實質上由如圖1之耐磨纖維的母粒10經紡絲製程而獲得。在另一實施例中。單組份纖維200實質上由如圖2之耐磨與耐衝擊纖維的母粒20經紡絲製程而獲得。

在另一實施例中，本發明的耐磨纖維為雙組份芯鞘型複合纖維400，如圖4所示。雙組份芯鞘型複合纖維400包括芯402以及鞘404。鞘404用以包覆芯402。芯402的材料可包括聚酯或耐隆。芯402的材料可為單一成分或多種成分之混合物。鞘404實質上是藉由如圖1之耐磨纖維的母粒10或圖2之耐磨與耐衝擊纖維的母粒20所製成，故可使製備出的耐磨纖維具有高強力耐磨特性及/或耐衝擊特性。

本發明的耐磨纖維的製備方法例如是將本發明的改質母粒進行熔融紡絲製程，而獲得半延伸絲，再利用加熱的熱輥延伸機將此半延伸絲束進行延伸，以製備改質纖維。然而，本發明不限於此，亦可使用本發明的改質母粒直接進行具有大延伸比的熔融紡絲製程，而獲得全延伸絲（FDY）之改質纖維。舉例而言，在上述熔融紡絲製程中，加工溫度為約260℃至300℃，且捲取機速度為大於等於約3000米/分鐘。

特別要注意的是，本發明的耐磨纖維的每根纖維細度（Denier per Filament，D.P.F.）為約4.5或低於約4.5，甚至為約1.05或低於約1.05。數值越低表示所製成的纖維越細，故其應用層面越廣。

以下，將列舉一個比較例以及多個實例來驗證本發明的功效。

依表一的不同母粒配方1~5以及表二的製造參數，於織布機中織出實例1~5的織物，而後進行耐磨耗測試及易去污測試。比較例1則是使用市售常規聚酯來進行測試。 表一 表二 註1: 「耐磨耗測試次數」是指以ASTM D3884條件測試下的耐磨耗次數，且數值越大表示耐磨特性越好。 註2: 「易去污測試」是指以FTTS-FA-013條件測試下的防污級數，且數值越大表示防污特性越好。

如表二所示，使用本發明的耐磨纖維製得之織物於ASTM D3884測試下之耐磨耗次數均超過約650次，顯示耐磨效果佳。此外，隨著固態耐磨改質劑的用量增加，耐磨耗次數也會隨之增加。相反地，僅使用一般常規聚酯製得之織物於ASTM D3884測試下之耐磨耗次數僅有330次。另外，本發明的耐磨纖維的防污特性佳，而僅使用一般常規聚酯製得之織物缺乏易去污特性。

依表三的不同母粒配方6~8造粒後進行耐衝擊測試及紡絲程序，以及依表四的製造參數，於織布機中織出實例6~8的織物，而後進行耐磨耗測試及易去污測試。比較例1則是使用市售常規聚酯來進行測試。 表三 表四 註1: 「耐磨耗測試次數」是指以ASTM D3884條件測試下的耐磨耗次數，且數值越大表示耐磨特性越好。 註2: 「常溫耐衝擊強度」是指以ASTM D256條件於測試溫度23℃下的耐衝擊強度，且數值越大表示常溫耐衝擊特性越好。 註3: 「低溫耐衝擊強度」是指以ASTM D256條件於測試溫度-20℃下的耐衝擊強度，且數值越大表示常溫耐衝擊特性越好。 註4: 「易去污測試」是指以FTTS-FA-013條件測試下的防污級數，且數值越大表示防污特性越好。

如表四所示，使用本發明的耐磨與耐衝擊纖維製得之織物於ASTM D3884測試下之耐磨耗次數均超過約2000次，顯示耐磨效果佳。此外，相反地，僅使用一般常規聚酯製得之織物於ASTM D3884測試下之耐磨耗次數僅有330次。此外，使用本發明的耐磨與耐衝擊母粒於ASTM D256測試下，不論是常溫或低溫，都較一般常規聚酯粒具有更佳的耐衝擊性。另外，本發明的耐磨與耐衝擊纖維的防污特性佳，而僅使用一般常規聚酯製得之織物缺乏易去污特性。

綜上所述，本發明採用高效能混練加工以及偶聯劑修飾技術，來將固態耐磨改質劑及/或固態耐衝擊改質劑有效分散於基材中，並製備成紡絲級的自潤型改質母粒進行應用。本發明的耐磨纖維或耐磨與耐衝擊纖維可作為產業用纖維，其較習知的纖維更細更強韌、可染性更佳、防污性更好且應用層面更廣。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧耐磨纖維的母粒

20‧‧‧耐磨與耐衝擊纖維的母粒

100‧‧‧聚酯

102‧‧‧固態耐磨改質劑

104‧‧‧偶聯劑

200‧‧‧基材

202‧‧‧固態耐磨改質劑

204‧‧‧固態耐衝擊改質劑

208‧‧‧偶聯劑

300‧‧‧單組份纖維

400‧‧‧雙組份芯鞘型複合纖維

402‧‧‧芯

404‧‧‧鞘

圖1是依照本發明的一實施例所繪示的一種耐磨纖維的母粒的立體示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例所繪示的一種耐磨與耐衝擊纖維的母粒的立體示意圖。 圖3是依照本發明的一實施例所繪示的一種纖維的立體示意圖。 圖4是依照本發明的另一實施例所繪示的一種纖維的立體示意圖。

Claims (13)

1. 一種耐磨纖維的母粒，包括：90至99.5重量份的聚酯；0.4至9.9重量份的固態耐磨改質劑，其包括聚二甲基矽氧烷(PDMS)或其衍生物；以及0.1至1.5重量份的偶聯劑，所述偶聯劑包括鈦酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑或其組合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之耐磨纖維的母粒，其中所述固態耐磨改質劑的重量平均分子量介於50萬至200萬的範圍內。
3. 如申請專利範圍第1項所述之耐磨纖維的母粒，其中所述聚酯包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚對苯二甲酸1,4-環己烷二甲酯(PCT)或其組合。
4. 一種耐磨纖維，其使用申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之耐磨纖維的母粒所製成。
5. 如申請專利範圍第4項所述之耐磨纖維，其中所述耐磨纖維的每根纖維細度(D.P.F.)為1.05或低於1.05。
6. 一種耐磨與耐衝擊纖維的母粒，包括：78至94.5重量份的基材；0.4至9.9重量份的固態耐磨改質劑，其包括聚二甲基矽氧烷(PDMS)或其衍生物；5至20重量份的固態耐衝擊改質劑，其包括馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體(MAH-POE)或其衍生物；以及 0.1至1.5重量份的偶聯劑，所述偶聯劑包括鈦酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑或其組合。
7. 如申請專利範圍第6項所述之耐磨與耐衝擊纖維的母粒，其中所述固態耐磨改質劑的重量平均分子量介於50萬至200萬的範圍內。
8. 如申請專利範圍第6項所述之耐磨與耐衝擊纖維的母粒，其中所述固態耐衝擊改質劑的重量平均分子量介於1萬至20萬的範圍內。
9. 如申請專利範圍第6項所述之耐磨與耐衝擊纖維的母粒，其中所述基材包括聚酯或耐隆。
10. 如申請專利範圍第9項所述之耐磨與耐衝擊纖維的母粒，其中所述聚酯包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚對苯二甲酸1,4-環己烷二甲酯(PCT)或其組合。
11. 如申請專利範圍第9項所述之耐磨與耐衝擊纖維的母粒，其中所述耐隆包括耐隆6、耐隆11、耐隆12、耐隆4,6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆6,14、耐隆10,10或其組合。
12. 一種耐磨與耐衝擊纖維，其使用申請專利範圍第6項至第11項中任一項所述之耐磨與耐衝擊纖維的母粒所製成。
13. 如申請專利範圍第12項所述之耐磨與耐衝擊纖維，其中所述耐磨與耐衝擊纖維的每根纖維細度(D.P.F.)為1.05或低於1.05。